EP0419994A1 - Verfahren zur Überwachung der Aktivität eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in einem Überwachungsvolumen kerntechnischer Anlagen und Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

Verfahren zur Überwachung der Aktivität eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in einem Überwachungsvolumen kerntechnischer Anlagen und Vorrichtung zu seiner Durchführung Download PDF

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EP0419994A1
EP0419994A1 EP90117871A EP90117871A EP0419994A1 EP 0419994 A1 EP0419994 A1 EP 0419994A1 EP 90117871 A EP90117871 A EP 90117871A EP 90117871 A EP90117871 A EP 90117871A EP 0419994 A1 EP0419994 A1 EP 0419994A1
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transport fluid
medium
container
volume
monitoring
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Werner Dipl.-Ing. Fettel (Fh)
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Siemens AG
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/02—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator
    • G21C17/022—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator for monitoring liquid coolants or moderators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the activity of a gaseous or liquid medium in a monitoring volume of nuclear facilities, in particular for monitoring the activity of the volume of the container atmosphere and, if appropriate, of the building sump water in the safety container of a nuclear power plant.
  • the invention has for its object to provide a method for monitoring the activity of a gaseous or liquid medium in a monitoring volume of nuclear facilities of the type mentioned, with which a precise and reproducible activity monitoring can be carried out both under normal and under accident conditions.
  • water is preferably used as the transport fluid.
  • Water that is fed in from a storage or storage container has decontaminating properties, that is to say that in normal operation the water is kept in circulation in the transport fluid line branch, which is designed in particular as a ring line.
  • gaseous or liquid samples from the monitoring volume, that is to say in particular from the containment, by switching the tapping fittings from their rest position or first operating position to a metering position or second operating position.
  • These gaseous or liquid samples are fed into the storage container via the transport fluid line branch.
  • a gaseous sample can be taken from the collecting container atmosphere via a corresponding, ventilated gas sample line.
  • At the container atmosphere is also an aerosol-iodine filter branch, which opens into an exhaust gas chimney, is connected.
  • At least one line for liquid sampling is connected to the liquid column of the collecting container and at least one further line on the bottom which can lead to a wastewater treatment plant.
  • the liquid sampling takes place via a sampling line and expediently via small sealingly lockable sampling bushes which are suitable for the transport of pneumatic tube and can thus be continuously transported to a measuring laboratory.
  • a neutral carrier gas e.g. Nitrogen
  • the transport fluid line branch and the removal fitting are preferably freed of internal radioactive deposits after a sampling has been carried out by passing a flushing medium, in particular in the form of water.
  • Complicated measuring range switchovers in the activity measuring section and associated measuring electronics are not required. Sampling at different points in the monitoring volume is possible. Deposits in the long pipelines of the transport fluid line branch are avoided, which can lead to noticeable falsifications of the measured values. This is particularly important because the dangerousness of airborne solids (aerosols) that can be deposited and of airborne iodine that can be deposited is more than three orders of magnitude higher than that of gases, especially noble gases.
  • the activity concentrations of these more dangerous substances can still be determined even if their concentration is several orders of magnitude lower than that of the noble gases.
  • the frequency of the intermittent sampling in the event of a malfunction can sufficiently dilute the sample taken, that is, at high activity concentrations, either extraction fittings are selected which have a smaller sample volume, or else per unit time, eg per minute, a smaller number of samples, e.g. instead of two samples, only one.
  • a liquid transport fluid is that after a malfunction in a nuclear power plant, the sample taken can be diluted and transported out of the safety container free of deposits.
  • the degassing of the transport fluid in the collecting container allows the separation of gaseous components and thus enables a more precise measurement of the components that remain in the transport fluid after degassing.
  • the monitoring volume of a nuclear plant is understood to mean a building volume which is connected to the outside atmosphere via ventilation lines and valves as well as via ventilation lines (filter lines, possibly pressure relief lines and these downstream ventilation lines) (the ventilation line includes, for example, a ventilation chimney).
  • ventilation lines and valves as well as via ventilation lines (filter lines, possibly pressure relief lines and these downstream ventilation lines)
  • the ventilation line includes, for example, a ventilation chimney.
  • the device shown in FIG. 1 is used to remove weakly to highly active sample volumes of a gaseous or liquid medium from the monitoring volume A, comprising 1st and 2nd monitoring volumes A1 and A2, of a nuclear facility, which in the exemplary embodiment shown are separated by the safety container 1 of a pressurized water Nuclear power plant is formed.
  • This spherical safety container 1 is only indicated by a circular line for simplification; it is usually double-skinned with an inner spherical gas-tight steel container and a concrete casing that surrounds this steel container at a distance.
  • a building sump 2 is indicated on the bottom, with a water level at 2a.
  • the monitoring volume A1 is particularly important and necessary;
  • the second monitoring volume A2 perfects the monitoring system, but can be omitted from a simple monitoring system.
  • the building sump 2 is normally kept dry (by pumps and corresponding lines, not shown) and noteworthy amounts of water only accumulate here in the event of an emergency cooling.
  • a storage container 3 for example in the form of a cylindrical tank made of stainless steel, is arranged in a reactor building (not shown in any more detail), the interior of which contains transport fluid 4 up to the mirror 4a is filled.
  • a transport fluid line branch 5 (hereinafter abbreviated as line branch 5) is connected to this storage container in the lower region of the casing wall 31 adjacent to the bottom 3a, namely a first line section 5a, a pump 6, seen in the direction of flow or conveying direction of the transport fluid , a second line section 5b (still outside the security container 1), a first gas-tight line routing 7a through the wall of the security container 1, then inside the security container 1 a removal line section 5c, which extends from the first passage 7 through the containment A0 with four subsections 51 to 54 and between these four sub-sections, the removal fittings 8 are laid up to a second passage point 7b in the safety container wall.
  • the line section 5d then leads (outside the containment A0) via a first valve V1 and the line section 5e through the top wall 3c of the collecting container 3 into its gas space 3d, which is located above the liquid level 4a.
  • the collecting container 3 is at the same time a storage container for the transport fluid 4, in this case water, which is supplied in a conditioned form to the collecting container 3 via a transport fluid feed line 9 and a (second) valve V2 from a transport fluid storage container, not shown .
  • This fresh water is decontaminated and chemically cleaned (processed), it is especially deionized.
  • the line branch 5 functions as a ring line through which the transport fluid is conveyed in the circuit by means of the pump 6 (generally: fluid delivery element).
  • containment fittings 8 are installed in containment A0, for example, which are designated 8A, 8B, 8C in detail.
  • Each of these extraction fittings 8 has at least four paths E, A, T, M, in particular in shape a medium inlet side E, a medium outlet side A, a transport fluid feed side T and a transport fluid feedback side M. This is explained in more detail below with reference to FIGS. 3 to 5.
  • each extraction fitting 8 has at least one movable control element 10 with two operating positions. This movable control element 10 is shown schematically in FIG. 1 as a spool with two passages 101 and 102, the passages 101, 102 being rotated into the paper plane for better visibility (cf. the correct representation in FIGS. 3 to 5).
  • Dashed lines indicate the additional possibility of arranging at least one other tap 8D within a second monitoring area A2, here: the building sump 2. If this additional monitoring is permanently installed, a line section 56 could be omitted, and in the metering position shown, the Withdrawal fittings 8 would then make the transport fluid, which is conveyed in the circuit according to arrows 1 through line branch 5, a detour according to dashed arrows f2 through line section 57.
  • the removal valves 8 designed as a piston slide are shown in more detail, namely in operating position II (metering position).
  • the removal fitting 8, hereinafter abbreviated as a fitting has a cylindrical housing 11 in the illustrated embodiment as a piston slide according to FIGS and II is stored.
  • piston rings 12 are provided on the outer circumference of the piston 10, which are only indicated schematically (in reality they are mounted in the ring grooves of the piston 100).
  • Two piston rings are arranged on both sides of the second passage 101 and, in the dosing position shown, seal the container atmosphere, which has access to the first passage 101, to the interior of the cylinder 11, in particular to the second passage 102, the latter being connected to the transport fluid line branch 5.
  • Another piston ring 12 seals this second passage 102 to the interior of the cylinder 11 and in particular to the control medium 13, which is supplied to the cylinder interior 11c via a corresponding control line 14 which is connected to the housing end wall 11a.
  • a compression spring 15 is mounted, which is inserted between the housing end wall 11b and the piston side 10b.
  • the container atmosphere has access to the piston side 10b via the central opening 16, whereas the other piston side 10a is acted upon by the control medium 13.
  • Compressed air the pressure of which is above the pressure in the containment, serves in particular as the control medium, so that, as shown in FIG. 3, the piston 100 is held in the operating position II against the force of the compression spring 15 (which is designed here as a spiral spring).
  • the container atmosphere can thus flow through the first passage 101 of the piston 100.
  • the first and second passages 101, 102 are cylindrical, bores formed on a diameter.
  • the compression spring 15 moves the piston 10 into the operating position 1 (rest position) indicated by the dashed line, in which the first passage 101 comes to lie where in the operating position II second passage 102 is located, that is, the sample volume taken within the first passage 101 is pushed between the input side T and the feedback side M of the transport fluid 4, and this sample is now transported to the collecting container 3 with the transport fluid 4, the direction of flow of which is indicated by the arrows 1 .
  • the second passage 102 is "laid dead".
  • a piston guide 17 can also be seen from FIG. 4, which consists of longitudinal ribs 17a on the outer circumference of the piston 10 and corresponding longitudinal grooves 17b on the inner circumference of the housing 11.
  • the illustrated embodiment of the armature 8 with two passages 101, 102 has the advantage that a continuous flow of the transport medium is maintained in the II. Operating position shown, because the second passage 102 connects the feed side T with the return side M of the transport fluid 4. As mentioned, this has the advantage that - after the sample taken has been transported from the transport fluid to the collecting container 3 - the further flow of the transport medium is used to remove any deposits and thus for flushing and decontamination, in order to thus line branch 5 including pump 6 and prepare the fittings 8 for the next sampling.
  • a pneumatic control medium supply device SM with a pump 18, a throttle 20 and connecting (compressed air) lines 19.
  • the pump 18 conveys the control medium in the circuit from its pressure side through the lines 19 via the Throttle 20 back to its suction side.
  • several control lines 14 branch off via a control valve V5 each.
  • the control valves are designed as manually or remotely operable three-way compressed air valves, with three paths 21a, 21b and 22 and two switching positions, path 21a being the compressed air inlet, path 21b the compressed air outlet and path 22 the venting path.
  • control valves V5 If the control valves V5, with their two paths 21a, 21b lying in the line, are switched through, as shown, then the control medium passes through the control lines 14 to the side 10a of the pistons 100 and holds them in the second operating position (metering position). In the locked position of the control valves V5, a connection of the paths 21b-22 is established by means of a rotary valve (not shown), i.e. the control lines 14 are vented, and the path 21a to line 19 (compressed air source) is blocked.
  • the II. Operating position (dosing position) shown in detail in FIGS. 3 to 5 is, as mentioned, also given in the fittings 8 shown in FIG.
  • the medium inlet side and the medium outlet side E, A of the respective fitting are connected to one another via the first passage 101.
  • the connection between the transport fluid storage container (at the same time collecting container 3) and via the line branch 5 back to the collecting container 3 is maintained via the second passage 102.
  • the path from the transport fluid storage container (at the same time collecting container 3) is released via the first passage 101 and the line branch 5 back to the collecting container 3, the volume of the passage 101 of the control element 10 permitting this each won Sample volume is defined.
  • Various measuring devices see FIG.
  • the collecting container 3 is provided with a level indicator (not shown).
  • the collecting container 3 is dimensioned such that the supply of transport fluid stored in it is larger than the part circulating in the line branch 5 (ring line).
  • the collecting container 3 thus also serves for the uniform distribution of a sample taken in the entire transport volume, which is formed by the line branch 5 including the pump 6 and the collecting container 3.
  • the water-soluble components of the sample can be separated from the volatile components by degassing.
  • a gaseous transport fluid for example nitrogen
  • the dust-like components can be separated off by filtering.
  • gaseous transport fluid is only possible and useful if the components to be analyzed do not deposit too heavily in the line branch 5 even during transport in the gas phase and thus falsify the measured values.
  • FIG. 1 There is a further measuring line 23 for gaseous sampling with a ventable three-way shut-off valve V6, which opens with its lower line end through the top wall 3c of the collecting container 3 into its gas space 3d.
  • Another measuring line 24 for gaseous samples leads via a shut-off valve V7, an aerosol-iodine filter 25 and a measuring gas pump 26 to an exhaust gas chimney or exhaust system (flow arrow f3), not shown, the series connection of valve V7 and filter 25 still being carried out by means of Open valve V8 and closable evacuation bypass 27 is bridged.
  • a measuring line 28 for taking liquid samples via a further shut-off valve V9 is connected to the bottom of the container 3, the liquid sample according to arrow f4 being able to fill sampling bottles (not shown).
  • an emptying line 29 is also connected to the bottom of the collecting container 3, which leads via a shut-off valve V10 to a filling station (not shown) for waste water tanks or waste water treatment plant.
  • the valve V8 to the evacuation pump 26 is closed and the system is left in the evacuated state.
  • the collecting container 3 After sampling, ie the fittings have been moved from their dosing position II to the rest position 1, the collecting container 3 is ventilated and a sample for determining the gaseous components is taken via line 23 from the volume known via the level indicator. A sample is also taken from the liquid transport fluid or water via line 28 to determine the soluble fractions (valve V9 is opened briefly for this purpose).
  • the aerosol-iodine filter 25 can act here as a pure filter, which therefore serves to continuously vent the collecting container 3; however, it can also be designed as a measuring section, in which case, in addition to the measuring section for gaseous samples connected to the sampling line 23, aerosol and iodine concentrations are measured in this filter. For this purpose, preferably after taking the liquid samples via line 28, the collecting container 3 can be evacuated again and possibly flushed, for example with nitrogen, so that the air-borne aerosol and iodine content can then be filtered out and determined via the filter section 25.
  • the device according to FIG. 1 can also be used for activity control during normal operation of the nuclear power plant, 8 samples being taken at certain intervals, for example once per hour. A certain normal level of the activity concentration will then occur within the measuring sections which are connected downstream of the measuring lines 23, 24, 28. In the event of a malfunction, ie also in the postulated case of core melting, if higher activity concentrations are possible within the container atmosphere, the number of samples taken per unit of time is expediently increased.
  • control valves V5 or by means of other suitable motor drives, for example directly acting on the control elements 10, by changing the frequency of the changeover from operating position I (rest position) to operating position II (metering position) and vice versa, the number of samples taken per Time unit can be changed to adapt to the degree of contamination of the monitored medium, that is, the container atmosphere or the sump water 2.
  • the degree of contamination in the transport fluid 4 can be kept below the upper limit values, so that the measuring devices are not overloaded. This means that there is a greater dilution with pure water.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment as a detail from FIG. 1, in which the collecting container 3 is not at the same time a storage container as in the example according to FIG. 1, but a separate transport fluid source 30 is provided.
  • This has a reservoir 31 for liquid transport fluid, in particular water 32, and a reservoir 33, in which is gaseous transport fluid 34, in particular nitrogen.
  • This storage container 33 is supplied by a gas storage bottle 35 via a pressure reducing valve 36.
  • a fluid line 5.1 with shutoff valve V11 leads from the reservoir 31 and a fluid line 5.2 with shutoff valve V12 leads from the reservoir 34 to the common line section 5a, which leads again to the suction side of the pump 6. Otherwise, the circuit is as shown in Figure 1.

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Abstract

Die Erfindung ist insbesondere zur Aktivitätsüberwachung der Behälteratmosphäre (A1) und gegebenenfalls des Gebäudesumpfwassers (A2) im Sicherheitsbehälter (1) eines Kernkraftwerks vorgesehen. Von einer Transportfluid-Quelle (3) wird Transportfluid in einen Transportfluid-Leitungszweig (5) eingespeist, der auf einem Teil seiner Länge im Containment (A0) des Sicherheitsbehälters (1) als Entnahmeleitungsabschnitt (5c) verlegt ist, und in einen außerhalb des Sicherheitsbehälters angeordneten Sammelbehälters (3) rückgespeist. Das Transportfluid wird im Containment (A0) mittels wenigstens einer Entnahme-Armatur (8) mit einem definierten Probenvolumen des zu überwachenden Mediums gemischt, so daß im Falle der jeweiligen Probennahme die Mischung dem Sammelbehälter (3) zugeführt wird. Von letzterem wird die Mischung oder eine gasförmige Komponente der Mischung wenigstens einer Meßstrecke (23, 25, 28) zur Ausmessung der Radioaktivität des überwachten Mediums zugeführt. Das Transportfluid ist insb. Wasser. - Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung mit besonderer Ausgestaltung der Entnahme-Armaturen (8) beschrieben.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung der Aktivität eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in einem Überwachungsvolumen kerntechnischer Anlagen, insbesondere zur Aktivitätsüberwachung des Volumens der Behälteratmosphäre und gegebenenfalls des Gebäudesumpfwassers im Sicherheitsbehälter eines Kernkraftwerkes.
  • Die Überwachung der Aktivität eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in unzugänglichen Räumen oder Behältern gestaltet sich oft problematisch, insbesondere im Überwachungsvolumen kern­technischer Anlagen. Nach postulierten Störfällen in Kernkraft­werken, z. B. in Druckwasser- oder Siedewasser-Kernkraftwerken, die eine Freisetzung radioaktiver Stoffe aus dem Reaktorkern in die Sicherheitsbehälteratmosphäre zur Folge haben können, wird durch das Auftreten möglicherweise sehr hoher luftgetra­gener Aktivitätskonzentrationen im Sicherheitsbehälter die Hand­habung und Messung einer Probe zu einem Problem.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Über­wachung der Aktivität eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in einem Überwachungsvolumen kerntechnischer Anlagen der ein­gangs genannten Art zu schaffen, mit welchem eine präzise und reproduzierbare Aktivitätsüberwachung sowohl unter Normal- als auch unter Störfallbedingungen vorgenommen werden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen. Erfindungsgemäß wird die erstgenannte Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 durch die folgenden Merkmale gelöst:
    • a) von wenigstens einer Transportfluid-Quelle wird Transportfluid in wenigstens einen Transportfluid-Leitungszweig eingespeist, welcher mindestens auf einem Teil seines Länge im Containment des Sicherheitsbehälters verlegt ist, und in einem außerhalb des Sicherheitsbehälters angeordneten Sammelbehälter rückge­speist,
    • b) das im Transportfluid-Leitungszweig transportierte Transport­fluid wird im Überwachungsbereich mittels wenigstens einer Entnahme-Armatur mit einem definierten Probevolumen des zu überwachenden Mediums gemischt, so daß im Falle der jeweili­gen Probennahme die Mischung aus dem Probenvolumen des Mediums und dem Transportfluid dem Sammelbehälter zugeführt wird,
    • c) vom Sammelbehälter wird die Mischung aus dem entnommenen Probevolumen und dem Transportfluid oder eine gasförmige Komponente der Mischung wenigstens einer Meßstrecke zur Aus­messung der Radioaktivität des überwachten Mediums zugeführt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 angegeben. Danach wird als Transportfluid bevorzugt Wasser verwendet. Wasser, das von einem Vorrats- oder Speicherbehälter eingespeist wird, hat dekontaminierende Eigenschaften, d.h., im Normalbetrieb wird das Wasser im Transportfluid-Leitungszweig, der insbesondere als Ringleitung ausgebildet ist, in Umlauf gehalten. Es können nun durch Umschalten der Entnahme-Armaturen aus ihrer Ruhe­stellung oder ersten Betriebsstellung in eine Dosierstellung oder zweite Betriebsstellung gasförmige oder flüssige Proben aus dem Überwachungsvolumen, also insbesondere aus dem Containment, genommen werden. Diese gasförmigen oder flüssigen Proben werden über den Transportfluid-Leitungszweig in den Vorratsbehälter eingespeist. Hierzu kann von der Sammelbehälteratmosphäre eine gasförmige Probe über eine entsprechende, belüftbare Gasproben­leitung genommen werden. An die Behälteratmosphäre ist außerdem ein Aerosol-Jod-Filter-Zweig, der in einen Abgaskamin mündet, angeschlossen. Mit der Flüssigkeitssäule des Sammelbehälters ist wenigstens eine Leitung zur flüssigen Probennahme verbunden und wenigstens eine weitere bodenseitige Leitung die zu einer Abwasser­aufbereitungsanlage führen kann. Die flüssige Probennahme erfolgt über eine Entnahmeleitung und zweckmäßig über kleine dichtend abschließbare Entnahmebüchsen, die zum Rohrposttrans­port geeignet und so zu einem Meßlabor laufend transportierbar sind.
  • Gemäß einer Verfahrensvariante ist es auch möglich, daß als Transportfluid Wasserdampf verwendet wird, welcher im genannten Sammelbehälter oder in einem damit verbundenen Kondensator kon­densiert wird. Gemäß einer zweiten Verfahrensvariante wird als Transportfluid ein neutrales Trägergas, z.B. Stickstoff, alter­nativ oder - vorzugsweise - zusätzlich zu einem flüssigen Transportfluid verwendet. Im letztgenannten Falle der Verwen­dung eines neutralen Trägergases als Transportfluid werden bevorzugt der Transportfluid-Leitungszweig und die Entnahme-­Armatur nach einer durchgeführten Probenahme durch Hindurch­leiten eines Spülmediums, insbesondere in Form von Wasser, von internen radioaktiven Ablagerungen befreit.
  • Man kann nun die wenigstens eine Entnahme-Armatur für Entnahme von Proben an unterschiedlichen Stellen des Überwachungsberei­ches ferngesteuert längs wenigstens einer Ortskoordinate in unterschiedliche Entnahme-Positionen bewegen, also in verti­kaler und/oder horizontaler Richtung. In diesem Falle werden flexible Anschlußleitungen, die das Transportfluid zu oder von der Entnahme-Armatur transportieren, benötigt. Gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform werden aber mehrere orts­fest an verschiedenen Stellen des Überwachungsbereiches in­stallierte Entnahme-Armaturen selektiv und mittels Fernsteu­erung angesteuert, sodaß die jeweilige Probennahme repräsen­tativ für die Aktivität an der betreffenden Stelle des Über­wachungsbereiches ist. Dieses System der fest installierten Entnahme-Armaturen läßt sich in Sonderfällen durch eine oder mehrere bewegliche Entnahme-Armaturen vorteilhaft ergänzen, wenn z.B. die Aktivitätskonzentration längs einer vertikalen oder einer horizontalen Koordinate in feineren Schritten er­mittelt werden soll, als es die fest installierten Entnahme-­Armaturen ermöglichen. Wie bereits erwähnt4 ist es vorteil­haft, wenn ein kontinuierlicher Strom des Transportfluids durch den Transportfluid-Leitungszweig und die Entnahme-Arma­tur sowohl in der Ruhestellung als auch in der Dosierstellung der Entnahme-Armaturen aufrechterhalten wird. In der Ruhestel­lung bedeutet dies (kurz nach einer durchgeführten Probennahme) eine Dekontamination, so daß für die nächste Probennahme und Messung die Leitungen und Armaturen gereinigt vorliegen und so das Meßergebnis nicht verfälschen können. Außerdem können dadurch das Dosieren oder die Probennahme im Störfall unver­zögert durchgeführt werden, da das gesamte Überwachungs- und Meßsystem ständig in Bereitschaftsstellung ist.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind - soweit nicht schon erläutert - vor allem in folgendem zu sehen: Komplizierte Meßbereichsumschaltungen bei der Aktivitäts-Meßstrecke und einer zugehörigen Meßelektronik sind nicht erforderlich. Eine Probennahme an verschiedenen Stellen des Überwachungs­volumens ist möglich. In den langen Rohrleitungen des Transport­fluid-Leitungszweiges sind Ablagerungen, die zu merklichen Meßwertverfälschungen führen können, vermieden. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, weil die Gefährlichkeit ablagerungsfähiger luftgetragener Feststoffe (Aerosole) und von ablagerungsfähigem luftgetragenem Jod um mehr als drei Zehner­potenzen höher ist als diejenige von Gasen, insbesondere Edelgasen. Durch das Verfahren nach der Erfindung können die Aktivitätskonzentrationen dieser gefährlicheren Stoffe (Aero­sole, Jod) auch dann noch bestimmt werden, wenn deren Konzentra­tion um mehrere Zehnerpotenzen unter derjenigen der Edelgase liegt. Durch den Einbau mehrerer unabhängig voneinander ansteuer­barer Entnahme-Armaturen, sogenannter Probennahme-Köpfe, in den Transportfluid-Leitungszweig wird es möglich, auch bei unter­schiedlichen Meßmediumsbedingungen am Probenort ein konstantes kleines Volumen gezielt an einer bestimmten Stelle des Raumes oder Behälters zu entnehmen und in das Transportfluid einzu­bringen. Wie es anhand der Vorrichtung noch erläutert wird, kann man durch die Frequenz der intermittierenden Probenahme im Störfall die genommene Probe ausreichend verdünnen, d.h., bei hohen Aktivitätskonzentrationen werden entweder Entnahme-Arma­turen angewählt, die ein kleineres Probenvolumen aufweisen, oder aber es wird pro Zeiteinheit, z.B. pro Minute, eine kleinere Anzahl von Proben, z.B. statt zwei Proben nur eine, genommen. Der besondere Vorteil eines flüssigen Transportfluids ist der, daß nach einem Störfall in einem Kernkraftwerk die genommene Probe jeweils verdünnt und ablagerungsfrei aus dem Sicherheitsbehälter heraustransportiert werden kann. Die Ent­gasung des Transportfluids im Sammelbehälter erlaubt die Abtren­nung gasförmiger Anteile und ermöglicht so eine genauere Aus­messung der Bestandteile, die nach dem Entgasen im Transport­fluid verbleiben. Unter Überwachungsvolumen einer kerntechnischen Anlage wird ein Gebäudevolumen verstanden, welches über Belüf­tungsleitungen und -ventile sowie über Entlüftungsstrecken (Filterstrecken, ggf. Druckabbaustrecken und diesen nachgeschal­tete Entlüftungsleitungen) mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht (zur Entlüftungsstrecke gehört z.B. ein Entlüftungskamin). Dieses Überwachungsvolumen ist in einem Störfall ganz oder teilweise nicht mehr begehbar und mit der Außenatmosphäre dann nur über eine gefilterte Druckabbaustrecke verbindbar.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durch­führung des vorstehend erläuterten Verfahrens, insbesondere zur Entnahme schwach- bis hochaktiver Probenvolumina eines gasförmi­gen oder flüssigen Mediums aus dem Überwachungsvolumen einer kerntechnischen Anlage, vorzugsweise zur Überwachung der Behäl­teratmosphäre und gegebenenfalls des Gebäudesumpfwassers im Sicherheitsbehälter von Kernkraftwerken, mit den folgenden Merkmalen:
    • a) wenigstens ein Transportfluid-Vorratsbehälter ist über einen Transportfluid-Leitungszweig und ein Fluidförderorgan mit einem Transportfluid-Sammelbehälter verbunden, wobei der Transportfluid-Leitungszweig auf einem Teil seiner Länge als Entnahmeleitungsabschnitt für das zu überwachende Medium im Containment des Sicherheitsbehälters verlegt ist und der Transportfluid-Sammelbehälter außerhalb des Containments angeordnet ist,
    • b) in den Entnahmeleitungsabschnitt ist wenigstens eine Entnahme-Armatur für das zu überwachende Medium eingeschaltet, welche wenigstens vier Wege in Gestalt einer Mediumeingangs-, einer Mediumausgangs-, einer Transportfluid-Einspeise- und einer Transportfluid-Rückspeise-Seite und wenigstens ein bewegliches Steuerorgan mit zwei Betriebsstellungen aufweist,
  • Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Pa­tentansprüchen 10 bis 14 angegeben. Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele für ein Verfahren nach der Erfindung und der Vorrichtung zu seiner Durchführung zusammen mit weiteren Einzelheiten und Vorteilen des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt, teils in vereinfachter, schematischer Darstellung unter Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Details:
    • FIG 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung in einem Schaltbild, die zur Überwachung der Behälteratmosphäre und gegebenen­falls des Gebäudesumpfwassers eines Sicherheitsbehälters für ein Kernkraftwerke dient, wobei der Sicherheitsbe­hälter schematisch im Ausschnitt dargestellt ist;
    • FIG 2 eine Variante zum ersten Ausführungsbeispiel nach FIG 1 im Ausschnitt, wobei zusätzlich zum Vorratsbehälter ein Spülwasserbehälter und eine Trägergas-Speicherbehäl­teranordnung vorgesehen sind;
    • FIG 3 eine erste Ausführung einer Entnahme-Armatur, ausgebildet als Kolbenschieber mit vier Wegen und zwei Durchgängen;
    • FIG 4 den Schnitt nach der Schnittebene IV-IV aus FIG 3;
    • FIG 5 den Schnitt nach der Schnittebene V-V aus FIG 3.
  • Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung dient zur Entnahme schwach- bis hochaktiver Probenvolumina eines gasförmigen oder flüssigen Mediums aus dem Überwachungsvolumen A, umfassend 1. und 2. Überwachungsvolumina A1 und A2, einer kerntechnischen An­lage, die im dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Sicher­heitsbehälter 1 eines Druckwasser-Kernkraftwerkes gebildet ist. Dieser kugelförmige Sicherheitsbehälter 1 ist zur Vereinfachung nur durch eine Kreislinie angedeutet; er ist normalerweise zwei­schalig mit einem inneren kugelförmigen gasdichten Stahlbehäl­ter und einer diesen Stahlbehälter mit Abstand umhüllenden Be­tonhülle. Im Inneren des Sicherheitsbehälters 1 ist bodenseitig ein Gebäudesumpf 2 angedeutet, mit einem Wasserspiegel bei 2a. Im dargestellten Fall setzt sich das generell mit A bezeichnete Überwachungsvolumen (oder auch: Containment) zusammen aus der Sicherheitsbehälteratmosphäre A1 (= erstes Überwachungsvolumen) und dem Gebäudesumpfwasser 2 als zweitem Überwachungsvolumen A2; besonders wichtig und notwendig ist das Überwachungsvolumen A1; das zweite Überwachungsvolumen A2 vervollkommnet das Über­wachungssystem, kann aber bei einem einfachen Überwachungssy­stem weggelassen werden. Es sei noch erwähnt, daß der Gebäude­sumpf 2 normalerweise (durch nicht dargestellte Pumpen und ent­sprechende Leitungen) trockengehalten wird und sich hier nen­nenswerte Wassermengen nur im Notkühlfall ansammeln.
  • Außerhalb des Containments A0 ist in einem nicht näher darge­stellten Reaktorgebäude ein Vorratsbehälter 3, z.B. in Gestalt eines zylindrischen Tanks aus nichtrostendem Stahl, angeordnet, der in seinem Inneren bis zum Spiegel 4a mit Transportfluid 4 angefüllt ist. An diesem Vorratsbehälter ist im unteren an den Boden 3a angrenzenden Bereich der Mantelwand 31 ein Transport­fluid-Leitungszweig 5 angeschlossen (im folgenden abgekürzt als Leitungszweig 5 bezeichnet), und zwar folgen in Strömungsrich­tung bzw. Förderrichtung des Transportfluids gesehen ein erstes Leitungsstück 5a, eine Pumpe 6, ein zweites Leitungsstück 5b (noch außerhalb des Sicherheitsbehälters 1), eine erste gasdich­te Leitungsführung 7a durch die Wand des Sicherheitsbehälters 1, dann im Inneren des Sicherheitsbehälters 1 ein Entnahmeleitungs­abschnitt 5c, welcher von der ersten Durchführung 7 durch das Containment A0 mit vier Unterabschnitten 51 bis 54 und zwischen diesen vier Unterabschnitten eingeschalteten Entnahme-Armaturen 8 bis hin zu einer zweiten Durchführungsstelle 7b in der Sicherheitsbehälterwand verlegt ist. Von dieser Durchführungs­stelle 7b führt dann (außerhalb des Containments A0) der Leitungsabschnitt 5d über ein erstes Ventil V1 und den Leitungs­abschnitt 5e durch die Deckwand 3c des Sammelbehälters 3 in dessen Gasraum 3d, der sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 4a befindet.
  • Man erkennt, daß der Sammelbehälter 3 zugleich ein Vorratsbehäl­ter des Transportfluids 4, in diesem Falle Wasser, ist, welches in aufbereiteter Form dem Sammelbehälter 3 über eine Transport­fluid-Zuspeiseleitung 9 und ein (zweites) Ventil V2 von einem nicht dargestellten Transportfluid-Vorratsbehälter zugeführt wird. Dieses Frischwasser ist dekontaminiert und chemisch gerei­nigt (aufbereitet), es handelt sich dabei insbesondere um Deio­nat. Der Leitungszweig 5 fungiert als Ringleitung, durch welche mittels der Pumpe 6 (allgemein: Fluidförderorgan) das Transport­fluid im Kreislauf gefördert wird.
  • Im Containment A0 sind im dargestellten Fall beispielsweise drei Entnahme-Armaturen 8, die im einzelnen mit 8A, 8B, 8C be­zeichnet sind, installiert. Jede dieser Entnahme-Armaturen 8 weist wenigstens vier Wege E, A, T, M auf, und zwar in Gestalt einer Mediumseingangsseite E, einer Mediumsausgangsseite A, ei­ner Transportfluid-Einspeiseseite T und einer Transportfluid­Rückspeiseseite M. Dies wird anhand der Figuren 3 bis 5 weiter unten noch näher erläutert. Ferner weist jede Entnahme-Armatur 8 wenigstens ein bewegliches Steuerorgan 10 mit zwei Betriebs­stellungen auf. Dieses bewegliche Steuerorgan 10 ist in Figur 1 schematisch als Kolbenschieber mit zwei Durchgängen 101 und 102 dargestellt, wobei zur besseren Erkennbarkeit die Durchgänge 101, 102 in die Papierebene hineingedreht sind (vgl. die kor­rekte Darstellung in FIG 3 bis 5). Alle drei Entnahme-Armaturen 8 bzw. 8A bis 8C sind in der II. Betriebsstellung des Steuer­organs 10 (Dosierstellung) dargestellt, in welcher der Weg vom Vorratsbehälter 3 über den Leitungszweig 5 (einschließlich Pumpe 6) und jeweils über den zweiten Durchgang 102 zurück zum Sammelbehälter 3 freigegeben ist. Der erste Durchgang 101 ist der Behälteratmosphäre ausgesetzt, wird mit Gebäudeluft beauf­schlagt, deshalb "Dosierstellung".
  • Mit gestrichelten Linien ist die zusätzliche Möglichkeit der Anordnung wenigstens einer weiteren Entnahme-Armatur 8D inner­halb eines zweiten Überwachungsbereiches A2 angedeutet, hier: der Gebäudesumpf 2. Wenn diese zusätzliche Überwachung fest in­stalliert ist, dann könnte ein Leitungsabschnitt 56 entfallen, und in der dargestellten Dosierstellung der Entnahme-Armaturen 8 würde dann das Transportfluid, welches im Kreislauf gemäß Pfeilen 1 durch den Leitungszweig 5 gefördert wird, noch einen Umweg gemäß den gestrichelten Pfeilen f2 durch den Leitungsab­schnitt 57 machen.
  • Es wäre jedoch auch möglich, diese zusätzliche Überwachungs­schleife zu- und abschaltbar auszuführen. Vergleiche die ge­strichelt dargestellten Ventile V3 und V4 im Leitungsabschnitt 56 bzw. 57.
  • In Figur 3 bis 5 sind die als Kolbenschieber ausgeführten Ent­nahme-Armaturen 8 näher dargestellt, und zwar in Betriebsstel­lung II (Dosierstellung). Die im folgenden abgekürzt als Arma­tur bezeichnete Entnahme-Armatur 8 weist in der dargestellten Ausführungsform als Kolbenschieber nach Figuren 3 bis 5 ein zylindrisches Gehäuse 11 auf, in welchem das Steuerorgan 10 in Form eines Kolbens 100 längsverschieblich und federbelastet hin und herbewegbar zwischen den beiden Betriebsstellungen 1 und II gelagert ist. Zur Abdichtung des Ringspaltes al zwischen Außenumfang des Kolbens 100 und Innenumfang des zylindrischen Gehäuses 11 sind Kolbenringe 12 am Außenumfang des Kolbens 10 vorgesehen, welche lediglich schematisch angedeutet sind (in Wirklichkeit sind sie in Ringnuten des Kolbens 100 gelagert). Zwei Kolbenringe sind beidseits des zweiten Durchgangs 101 angeordnet und dichten in der dargestellten Dosierstellung die Behälteratmosphäre, welche Zugang zum ersten Durchgang 101 hat, zum Innenraum des Zylinders 11, insbesondere zum zweiten Durch­gang 102 ab, welch letzterer mit dem Transportfluid-Leitungs­zweig 5 verbunden ist. Ein weiterer Kolbenring 12 dichtet diesen zweiten Durchgang 102 zum Innenraum des Zylinders 11 und ins­besondere zum Steuermedium 13 ab, welches über eine entspre­chende Steuerleitung 14, die an die Gehäusestirnwand 11a ange­schlossen ist, dem Zylinderinnenraum 11c zugeführt wird. Am anderen Ende des Kolbens 100 (Gehäusestirnwand 11b) ist eine Druckfeder 15 gelagert, die zwischen der Gehäusestirnwand 11b und der Kolbenseite 10b eingefügt ist. Über die zentrische Öffnung 16 hat die Behälteratmosphäre Zugang zur Kolbenseite 10b, wogegen die andere Kolbenseite 10a vom Steuermedium 13 beaufschlagt wird. Als Steuermedium dient insbesondere Druck­luft, deren Druck über dem Druck im Containment liegt, so daß, wie in Figur 3 dargestellt, der Kolben 100 entgegen der Kraft der Druckfeder 15 (die hier als Spiralfeder ausgebildet ist) in der Betriebsstellung II gehalten wird. Die Behälteratmosphäre kann so durch den ersten Durchgang 101 des Kolbens 100 strömen. Der erste und der zweite Durchgang 101, 102 sind als zylindrische, auf einem Durchmesser liegende Bohrungen ausgebildet. Wird nun der Druck des Steuermediums 13 abgesenkt, so verschiebt die Druckfeder 15 mit Unterstützung des Containment-Druckes den Kolben 10 in die gestrichelt angedeutete Betriebsstellung 1 (Ruhestellung), in welcher der erste Durchgang 101 dort zu liegen kommt, wo in Betriebsstellung II sich der zweite Durch­gang 102 befindet, d.h., das innerhalb des ersten Durchganges 101 genommene Probenvolumen wird zwischen Eingangsseite T und Rückspeiseseite M des Transportfluids 4 geschoben, und diese Probe wird nun mit dem Transportfluid 4, dessen Strömungsrich­tung durch die Pfeile 1 angedeutet ist, zum Sammelbehälter 3 transportiert. Der zweite Durchgang 102 wird in dieser 1. Betriebs­stellung, wie es gestrichelt in Figuren 3 und 5 angedeutet ist, "totgelegt".
  • Aus Figur 4 ist noch eine Kolbenführung 17 zu erkennen, welche aus Längsrippen l7a am Außenumfang des Kolbens 10 und entspre­chenden Längsnuten 17b am Innenumfang des Gehäuses 11 besteht.
  • Die dargestellte Ausführung der Armatur 8 mit zwei Durchgängen 101, 102 hat den Vorteil, daß in der dargestellten II. Betriebs­stellung ein kontinuierlicher Fluß des Transportmediums auf­rechterhalten wird, weil ja der zweite Durchgang 102 die Einspeiseseite T mit der Rückspeiseseite M des Transportfluids 4 verbindet. Dies hat, wie erwähnt, den Vorteil, daß - nachdem die genommene Probe vom Transportfluid zum Sammel­behälter 3 transportiert worden ist - der weitere Fluß des Transportmediums zur Beseitigung eventueller Ablagerungen und damit zur Spülung und Dekontaminierung dient, um so den Leitungs­zweig 5 einschließlich Pumpe 6 und die Armaturen 8 auf die nächste Probennahme vorzübereiten.
  • Zurückkommend auf Figur 1: Dort ist schematisch eine pneumatische Steuermedium-Versorgungseinrichtung SM dargestellt, mit einer Pumpe 18, einer Drossel 20 und verbindenden (Druckluft-) Leitun­gen 19. Die Pumpe 18 fördert das Steuermedium im Kreislauf von ihrer Druckseite durch die Leitungen 19 über die Drossel 20 zurück zu ihrer Saugseite. Von einem Abschnitt der Leitungen 19 zweigen mehrere Steuerleitungen 14 über je ein Steuerventil V5 ab. Die Steuerventile sind als hand- oder fernbetätigbare Drei­wege-Druckluftventile ausgeführt, mit drei Wegen 21a, 21b und 22 und zwei Schaltstellungen, wobei der Weg 21a der Druckluft-­Eingang, der Weg 21b der Druckluft-Ausgang und der Weg 22 der Entlüftungsweg ist. Sind die Steuerventile V5, mit ihren im Leitungszug liegenden beiden Wegen 21a, 21b, wie dargestellt, durchgeschaltet, dann gelangt das Steuermedium über die Steuer­leitungen 14 zur Seite 10a der Kolben 100 und hält diese in der II. Betriebsstellung (Dosierstellung). In der Sperrstellung der Steuerventile V5 wird durch einen nicht näher dargestellten Drehschieber eine Verbindung der Wege 21b - 22 hergestellt, d.h. die Steuerleitungen 14 werden entlüftet, und der Weg 21a zur Leitung 19 (Druckluftquelle) wird abgesperrt.
  • Die aus Figuren 3 bis 5 im Detail ersichtliche II. Betriebs­stellung (Dosierstellung) ist, wie erwähnt, auch bei den in Figur 1 dargestellten Armaturen 8 gegeben. In dieser Stellung sind die Mediumeingangsseite und die Mediumausgangsseite E, A der jeweiligen Armatur über den ersten Durchgang 101 miteinander verbunden. Die Verbindung zwischen dem Transportfluid-Vorrats­behälter (zugleich Sammelbehälter 3) und über den Leitungszweig 5 zurück zum Sammelbehälter 3 wird über den zweiten Durchgang 102 aufrechterhalten. In der I. Betriebsstellung des Steuer­organs 10 (Ruhestellung) dagegen ist der Weg vom Transport­fluid-Vorratsbehälter (zugleich Sammelbehälter 3) über den ersten Durchgang 101 und den Leitungszweig 5 zurück zum Sammelbehälter 3 freigegeben, wobei durch das Volumen des Durchganges 101 des Steuerorgans 10 das jeweils gewonnene Probenvolumen definiert ist. Zur Auswertung dieser genommenen Proben, welche mit Transportfluid (insbesondere Wasser) ver­mischt bei 5e in den Sammelbehälter 3 eingespeist werden, sind verschiedene Meßeinrichtungen (siehe Figur 1) vorgesehen. Hier­zu sei zunächst erwähnt, daß der Sammelbehälter 3 mit einer (nicht dargestellten) Füllstandsanzeige versehen ist. Der Sammelbehälter 3 ist so dimensioniert, daß der in ihm gespei­cherte Vorrat an Transportfluid größer ist als der in dem Leitungszweig 5 (Ringleitung) umlaufende Teil. Der Sammel­behälter 3 dient damit auch der gleichmäßigen Verteilung einer entnommenen Probe im gesamten Transportvolumen, welches vom Leitungszweig 5 einschließlich Pumpe 6 und dem Sammelbehäl­ter 3 gebildet wird. In der bevorzugten Ausführung mit Wasser als Transportfluid können die im Wasser leicht löslichen Bestandteile der Probe von den flüchtigen durch Entgasen getrennt werden. Wird gemäß einer anderen Ausführungsform und Verfahrensvariante ein gasförmiges Transportfluid, z.B. Stick­stoff, verwendet, so können die staubförmigen Bestandteile (Aerosole) durch Filtern abgetrennt werden. Eine Verwendung von gasförmigem Transportfluid ist jedoch nur dann möglich und sinnvoll, wenn die zu analysierenden Bestandteile auch bei einem Transport in der Gasphase sich nicht zu stark in dem Leitungszweig 5 ablagern und somit die Meßwerte verfälschen.
  • Zurück zum in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel: Dort ist eine weitere Meßleitung 23 zur gasförmigen Probennahme dar­gestellt mit einem belüftbaren Dreiwege-Absperrventil V6, welche mit ihrem unteren Leitungsende durch die Deckwand 3c des Sammelbehälters 3 in dessen Gasraum 3d mündet. Eine weitere Meßleitung 24 für gasförmige Proben führt über ein Absperr­ventil V7, ein Aerosol-Jod-Filter 25 und eine Meßgaspumpe 26 zu einem nicht dargestellten Abgaskamin oder einer Abgasanlage (Strömungspfeil f3), wobei die Reihenschaltung aus Ventil V7 und Filter 25 noch durch einen mittels Ventil V8 öffen- und schließbaren Evakuierungs-Bypass 27 überbrückt ist. Ferner ist bodenseitig an den Behälter 3 eine Meßleitung 28 zur Entnahme flüssiger Proben über ein weiteres Absperrventil V9 angeschlos­sen, wobei die Flüssigprobe gemäß Pfeil f4 zum Befüllen von Probennahme-Flaschen (nicht dargestellt) dienen kann. Schließlich ist bodenseitig an den Sammelbehälter 3 noch eine Entleerungs­leitung 29 angeschlossen, welche über ein Absperrventil V10 zu einer (nicht dargestellten) Füllstation für Abwassertanks oder Abwasseraufbereitungsanlage führt. Im in Figur 1 dargestellten Fall der Verwendung von Wasser als Transportfluid werden nach dem Befüllen des Systems (Sammelbehälter und Leitungen) bis zu einem bestimmten Pegel im Sammelbehälter über die Bypassleitung 27 die restlichen Gase aus dem Sammelbehälter herausgezogen. Während der Dauer der Probennahme wird das Ventil V8 zur Eva­kuierungspumpe 26 geschlossen und das System im evakuierten Zustand belassen. Nach der Probennahme, d.h., die Armaturen sind von ihrer Dosierstellung II in die Ruhestellung 1 ver­lagert worden, wird der Sammelbehälter 3 belüftet und aus dem über die Füllstandsanzeige bekannten Volumen eine Probe zur Bestimmung der gasförmigen Anteile über Leitung 23 entnommen. Aus dem flüssigen Transportfluid bzw. dem Wasser wird ebenfalls eine Probe über die Leitung 28 zur Bestimmung der löslichen Anteile entnommen (zu diesem Zweck wird Ventil V9 kurzzeitig geöffnet). Das Aerosol-Jod-Filter 25 kann hierbei als reines Filter fungieren, was also der kontinuierlichen Entlüftung des Sammelbehälters 3 dient; es kann jedoch auch als Meßstrecke ausgebildet sein, wobei dann zusätzlich zu der an die Proben­nahmeleitung 23 angeschlossenen Meßstrecke für gasförmige Proben in diesem Filter 25 Aerosol- und Jodkonzentration aus­gemessen werden. Zu diesem Zweck kann vorzugsweise nach Ent­nahme der flüssigen Proben über Leitung 28 der Sammelbehälter 3 erneut evakuiert und eventuell, z.B. mit Stickstoff, gespült werden, so daß dann über die Filterstrecke 25 der luftgetragene Aerosol- und Jodanteil herausgefiltert und bestimmt werden kann.
  • Soll nach einer vorausgegangenen hohen Konzentration der zu analysierenden aktivitätsbehafteten Stoffe in der Umgebung der als Probennahme-Köpfe dienenden Armaturen 8 auch ein starker Abfall der Konzentration noch gemessen werden können, so könnte im Falle solcher Stoffe, die auch nach Entgasung noch im Trans­portfluid verbleiben (bei Wasser als Transportfluid also aerosol­förmige Stoffe), diese Vorbelastung an sich die weiteren Messun­gen erschweren. Bis zu einem gewissen Grad kann dies dadurch kompensiert werden, daß die Anzahl der Proben entsprechend er­höht wird. Ist dies nicht ausreichend, so kann das Transport­fluid aus dem Sammelbehälter entleert, das System gespült und neu mit Transportfluid gefüllt werden. In diesem Zusammenhang können wenigstens zwei Sammelbehälter 3 in redundanter Anord­nung vorteilhaft sein, wobei dann der eine jeweils in Funktion ist und der andere gespült werden kann.
  • Die Vorrichtung nach Figur 1 kann auch zur Aktivitätskontrolle während des Normalbetriebs des Kernkraftwerks dienen, wobei in bestimmten Intervallen, z.B. einmal pro Stunde, mittels der Armaturen 8 Proben genommen werden. Es wird sich dann inner­halb der Meßstrecken, welche den Meßleitungen 23, 24, 28 nach­geschaltet sind, ein bestimmter Normalpegel der Aktivitäts­konzentration einstellen. Im Störfall, also auch im postulier­ten Fall des Kernschmelzens, wenn innerhalb der Behälteratmos­phäre höhere Aktivitätskonzentrationen möglich sind, wird die Anzahl der Probennahmen pro Zeiteinheit zweckmäßig vergrößert. Generell läßt sich sagen, daß mittels der Steuerventile V5 oder mittels anderer geeigneter, z.B. unmittelbar auf die Steuerorgane 10 wirkender motorischer Antriebe, durch Veränderung der Fre­quenz der Umschaltung von Betriebsstellung I (Ruhestellung) in Betriebsstellung II (Dosierstellung) und umgekehrt die Anzahl der Probennahmen pro Zeiteinheit in Anpassung an den Kontami­nationsgrad des überwachten Mediums, also der Behälteratmosphäre oder des Sumpfwassers 2, verändert werden kann. Durch entsprechend höhere Mengenströme an frischem Transportfluid über die Leitung 9, wobei über Leitung 29 entsprechend mehr Abwasser abgeleitet wird, kann der Kontaminationsgrad in dem Transportfluid 4 unterhalb oberer Grenzwerte gehalten wer­den, so daß die Meßgeräte nicht überlastet werden. Das heißt, es tritt eine größere Verdünnung mit Reinwasser auf. Eine andere Möglichkeit wurde schon erwähnt: weniger Proben pro Zeiteinheit zu nehmen oder Armaturen mit kleinerem Proben­volumen für solche Fälle vorzusehen. Es ist auch möglich, eine oder mehrere der dargestellten Armaturen 8 (die dargestell­te Anzahl von drei bis 4 ist nur als Beispiel zu nehmen; in Wirklichkeit können es noch mehr sein) ortsbeweglich auszu­führen und hierzu die an die betreffende ortsbeweglich gelager­te Armatur herangeführten Transportfluid- und Steuerleitungen 5f, 14f flexibel zu gestalten, so daß es möglich ist, in Höhenrichtung und/oder in Horizontalrichtung eine bestimmte Volumeneinheit innerhalb des Containments A0 schichtweise zu überprüfen. Auf diese Weise könnte z.B. die Verteilung von Wasserstoff im Containment genauer festgestellt werden. Diese Möglichkeit ist bei der gesondert dargestellten Armatur 8E dadurch angedeutet, daß ein Koordinatenkreuz mit den Achsen x, y, z neben der Armatur eingezeichnet ist. Ferner sind die TransportfluidLeitungsabschnitte 5f und die Steuerleitung 14f angedeutet. Diese Armatur könnte also z.B. mit ihren Leitungs­abschnitten zwischen die beiden Armaturen 8B und 8C eingefügt werden, wobei ein separates Steuerventil V5 (nicht dargestellt) vorzusehen wäre.
  • In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel als Ausschnitt zu Figur 1 dargestellt, bei welchem der Sammelbehälter 3 nicht zugleich Vorratsbehälter so wie im Beispiel nach Figur 1 ist, sondern eine gesonderte Transportfluid-Quelle 30 vorgesehen ist. Diese weist einen Vorratsbehälter 31 für flüssiges Transportfluid, insbesondere Wasser 32, auf und einen Vorratsbehätter 33, in welchem sich gasförmiges Transportfluid 34, insbesondere Stickstoff, befindet. Dieser Vorratsbehälter 33 wird von einer Gasvorrats­flasche 35 über ein Druckminderventil 36 versorgt. Vom Vorrats­behälter 31 führt eine Fluidleitung 5.1 mit Absperrventil V11 und vom Vorratsbehälter 34 eine Fluidleitung 5.2 mit Absperr­ventil V12 zum gemeinsamen Leitungsabschnitt 5a, welcher wieder zur Saugseite der Pumpe 6 führt. Im übrigen ist die Schaltung so, wie in Figur 1 dargestellt. Man kann nun mit der Transport­fluid-Quelle 30 so arbeiten, daß das im Vorratsbehälter 31 befindliche Transportfluid jeweils als frisches flüssiges Transportfluid, insbesondere Wasser, in den Leitungszweig 5 eingespeist wird und dann nach Probennahme mittels der Armaturen die genommenen Proben aus der Behälteratmosphäre oder dem Gebäude­sumpf in den Sammelbehälter 3 transportiert werden (Einspeise­leitungs-Leitungsabschnitt 5e). Es ist aber auch möglich, umzuschalten auf einen Betrieb mit gasförmigem Trägerfluid, indem das Ventil V11 geschlossen und das Ventil V12 geöffnet wird. In diesem Falls könnten nur die Meßstrecken Verwendung finden, die den Meßleitungen 23 und 24 nachgeschaltet sind. Nach der Proben­nahme könnte wieder umgeschaltet, d.h. Ventil V12 geschlossen und Ventil V11 geöffnet werden, so daß in diesem Falle das Frischwasser 32 als Spülfluid Verwendung findet. Mit der Vorrich­tung nach Figur 2 könnte also wahlweise ein Transportfluid in flüssiger oder gasförmiger Form verwendet werden, wobei im letzt­genannten Fall zweckmäßigerweise nach der jeweiligen Proben­nahme eine Spülung mit einem Spülfluid erfolgt. Erwähnt wurden bisher Wasser und Stickstoff als Transportfluid; es wäre auch möglich, als Transportfluid oder aber auch als Spülfluid Wasser­dampf zu verwenden, welcher dann im Sammelbehälter 3 oder in einem damit verbundenen (nicht dargestellten) Kondensator kon­densiert wird. Wenn, so wie in Figur 2 dargestellt, der Vorrats­behälter 31 für das Transportfluid 32 nicht baulich mit dem Sammelbehälter 3 vereinigt ist, so empfiehlt es sich wegen kürzerer Leitungen den Transportfluid-Vorratsbehälter außerhalb des Containments in der Nähe des Sammelbehälters 3 anzuordnen.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf Figuren 1 bis 3 wird deutlich, daß durch die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung der Aktivität eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in einem überwachungsvolumen A0, A1, A2 kerntechnischer Anlagen verwirklicht wird, insbesondere ein Verfahren zur Aktivitätsüberwachung der Beflälteratmosphäre und gegebenenfalls des Gebäudesumpfwassers 2 im Sicherheitsbehälter 1 eines Kernkraftwerkes. Dabei wird das Verfahren durch die folgenden Schritte charakterisiert:
    • a) von wenigstens einer Transportfluid-Quelle 3 oder 30 wird Transportfluid 4 in wenigstens einen TransportfluidLeitungs­zweig 5 eingespeist, welcher mindestens auf einem Teil 5c seiner Länge im Containment A0 des Sicherheitsbehälters 1 verlegt ist, und in einen außerhalb des Sicherheitsbehälters 1 angeordneten Sammelbehälter 3 rückgespeist;
    • b) das im Transportfluid-Leitungszweig 5 transportierte Transport­fluid 4 wird im Überwachungsvolumen A0 mittels wenigstens einer Entnahme-Armatur 8 mit einem definierten Probenvolumen des zu überwachenden Mediums gemischt (durch Verlagerung des Durchgangs 101 aus seiner Dosierstellung II in die Ruhe­stellung I, so daß das genommene Probenvolumen des Durch­gangs 101 zwischen den Wege NT und M zu liegen kommt), so daß im Falle der jeweiligen Probennahme die Mischung aus dem Probenvolumen des überwachten Mediums und dem Transportfluid 4 dem Sammelbehälter 3 zugeführt wird;
    • c) vom Sammelbehälter 3 wird die Mischung aus dem entnommenen Probevolumen und dem Transportfluid 4 oder eine gasförmige Komponente der Mischung wenigstens einer Meßstrecke 25 zur Ausmessung der Radioaktivität oder des Kontaminationsgrades des überwachten Mediums zugeführt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Überwachung der Aktivität eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in einem Überwachungsvolumen (A0, A1, A2) kerntechnischer Anlagen, insbesondere zur Aktivitätsüberwachung des Volumens (A1) der Behälteratmosphäre und gegebenenfalls des Volumens (A2) des Gebäudesumpfwassers im Sicherheitsbehälter (1) eines Kernkraftwerkes, mit den folgenden Merkmalen:
a) von wenigstens einer Transportfluid-Quelle (3; 30) wird Trans­portfluid (4) in wenigstens einen Transportfluid-Leitungszweig (5) eingespeist, welcher mindestens auf einem Teil (53) seiner Länge im Containment des Sicherheitsbehälters (1) verlegt ist, und in einen außerhalb des Sicherheitsbehälters (1) angeord­neten Sammelbehälter (3) rückgespeist,
b) das im Transportfluid-Leitungszweig (5) transportierte Trans­portfluid (4) wird im Überwachungsvolumen (A0, A1, A2) mittels wenigstens einer Entnahme-Armatur (8) mit einem definierten Probevolumen des zu überwachenden Mediums gemischt, so daß im Falle der jeweiligen Probennahme die Mischung aus dem Probevolumen des Mediums und dem Transportfluid (4) dem Sammelbehälter (3) zugeführt wird,
c) von Sammelbehälter (3) wird die Mischung aus dem entnommenen Probevolumen und dem Transportfluid (4) oder eine gasförmige Komponente der Mischung wenigstens einer Meßstrecke (25) zur Ausmessung der Radioaktivität des überwachten Mediums zuge­führt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Merkmal, daß als Transport­fluid (4) Wasser verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Merkmal, daß als Transport­fluid (4) Wasserdampf verwendet wird, welcher im Sammelbehälter (3) oder in einem damit verbundenen Kondensator kondensiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Merkmal, daß als Tranport­fluid (4) ein neutrales Trägergas (34), z.B. Stickstoff, verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Ver­wendung eines neutralen Trägergases als Transportfluid (4) der Transportfluid-Leitungszweig (5) und die Entnahme-Armaturen (8) nach einer durchgeführten Probennahme durch Hindurchleiten eines Spülmediums (32), insbesondere in Form von Wasser, von internen radioaktiven Ablagerungen befreit werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Entnahme-Armatur (8E) zur Entnahme von Proben an unterschied­lichen Stellen des Überwachungsvolumens (A0, A1, A2) ferngesteu­ert längs wenigstens einer Ortskoordinate (x, y, z) in unter­schiedliche Entnahme-Positionen bewegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere ortsfest an verschiedenen Stellen des Überwachungsvolumens (A0, A1, A2) installierte Entnahme-Armaturen (8A - 8D) selektiv und mittels Fernsteuerung angesteuert werden, so daß die jeweilige Probennahme repräsentativ für die Aktivität an der betreffenden Stelle des Überwachungsvolumens (A0, A1, A2) ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß ein konti­nuierlicher Strom des Transportfluids (4) durch den Transportfluid­Leitungszweig (5) und die Entnahme-Armatur (8) sowohl in der Ruhestellung der Entnahme-Armatur (8) als auch in ihrer Dosier­stellung aufrechterhalten wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere zur Entnahme schwach- bis hoch­aktiver Probenvolumina eines gasförmigen oder flüssigen Mediums aus dem Überwachungsvolumen (A0, A1, A2) einer kerntechnischen Anlage, vorzugsweise zur Überwachung der Behälteratmosphäre und gegebenenfalls des Gebäudesumpfwassers (2) im Sicherheits­behälter (1) von Kernkraftwerken, mit den folgenden Merkmalen:
a) wenigstens ein Transportfluid-Vorratsbehälter (3, 30) ist über einen Transportfluid-Leitungszweig (5) und ein Fluidförder­organ (6) mit einem Transportfluid-Sammelbehälter (3) verbunden, wobei der Transportfluid-Leitungszweig (5) auf einem Teil seiner Länge als Entnahmeleitungsabschnitt (5c) für das zu überwachende Medium im Containment des Sicherheitsbehälters (1) verlegt ist und der Transportfluid-Sammelbehälter (3) außerhalb des Containments angeordnet ist,
b) in den Entnahmeleitungsabschnitt (5c) ist wenigstens eine Entnahme-Armatur (8) für das zu überwachende Medium eingeschal­tet, welche wenigstens vier Wege in Gestalt einer Mediumein­gangs- (E), einer Mediumsausgangs- (A), einer Transportfluid­Einspeise- (T) und einer Transportfluid-Rückspeiseseite (M) und wenigstens ein bewegliches Steuerorgan (10) mit zwei Betriebsstellungen (I, II) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- in der II. Betriebsstellung des Steuerorgans (Dosierstellung) sind die Mediumeingangs- und Mediumausgangs-Seite (E, A) der Entnahme-Armatur (8) über mindestens einen ersten Durchgang (101) des Steuerorgans (10) miteinander verbindbar, dagegen ist die Verbindung von dem Transportfluid-Vorratsbehälter (3, 30) über diesen ersten Durchgang (101) zum Sammelbehälter (3) unterbrechbar,
- in der I. Betriebsstellung des Steuerorgans (Ruhestellung) ist der Weg von dem Tranportfluid-Vorratsbehälter (3, 30) über den ersten Durchgang (101) und den Transportfluid-­Leitungszweig (5) zum Sammelbehälter (3) freigebbar, wobei durch das Volumen des Durchgangs (101) des Steuerorgans (10) das jeweils gewonnene Probevolumen definiert ist und wobei an den Sammelbehälter (3) wenigstens eine Meßstrecke (25) ange­schlossen ist, in welcher das eingespeiste Gemisch aus Trans­ portfluid (4) und dem überwachten Medium oder eine gasförmige Komponente der Mischung auf ihren radioaktiven Kontaminations­grad ausmessbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme­Armatur (8) ein Kolbenschieber mit wenigstens vier Wegen (E, A, T, M) und das Steuerorgan (10) ein Kolben mit einem ersten und einem zweiten Durchgang (101, 102) ist, wobei der erste Durchgang (101) in der I. Betriebsstellung (Ruhestellung) und der zweite Durchgang (102) in der II. Betriebsstellung (Dosierstellung) die Transportfluid-Einspeiseseite (T) und die Transportfluid­Rückspeiseseite (M) miteinander verbinden und der erste Durch­gang (101) in der II. Betriebsstellung die Mediumeingangsseite (E) mit der Mediumausgangsseite (A) verbindet.
12. Entnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, mit einem motorischen Antrieb für das Steuerorgan mit dem Merkmal, daß durch Veränderung der Frequenz der Umschaltung von Betriebs­stellung I in Betriebsstellung II und umgekehrt die Anzahl der Probennahmen pro Zeiteinheit in Anpassung an den Kontaminations­grad des überwachten Mediums veränderbar ist.
13. Entnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Transport­fluid-Vorratsbehälter (30) außerhalb des Containments in der Nähe des Sammelbehälters (3) angeordnet ist.
14. Entnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der Transport­fluid-Vorratsbehälter mit dem Sammelbehälter (3) baulich vereinigt ist.
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